Khảo sát khả năng khử của các tác nhân khử acid ascorbic và thiếc clorua đối với phức giữa photpho và molipdovanadat

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KHỬ CỦA CÁC TÁC NHÂN KHỬ ACID ASCORBIC VÀ THIẾC CLORUA ĐỐI VỚI PHỨC GIỮA PHOTPHO VÀ MOLIPDOVANADAT Giảng viên hướng dẫn: Ths. TRẦN NGHUYỄN AN SA Sinh viên thực hiện: TRƯƠNG PHẠM BĂNG DƯƠNG NGUYỄN NGỌC NHUNG Lớp: DHPT6LT Khoá: 2010 - 2012 TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011 `TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC  CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do - Hạnh phúc   NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Họ và tên sinh viên: MSSV TRƯƠNG PHẠM BĂNG DƯƠNG 10335991 NGUYỄN NGỌC NHUNG 10335971 Lớp: DHPT6LT Chuyên ngành: Hóa Phân Tích Tên đồ án học phần: Khảo sát phức giữa photpho và molipdovanadat. Nhiệm vụ của đồ án học phần: Tổng quan về photpho Tìm hiểu về các phương pháp xác định photpho Tìm hiểu về các tác nhân khử thường dùng trong xác định phức giữa photpho và molipdovanadat Đề cương thực nghiệm và dự toán kinh phí thực nghiệm Ngày giao đồ án: ngày 6 tháng 10 năm 2011 Ngày hoàn thành đồ án: ngày tháng năm 2011 Họ tên giáo viên hướng dẫn: ThS. Trần Nguyễn An Sa Chủ nhiệm bộ môn  Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng10 năm 2011 Giảng viên hướng dẫn   LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên nhóm chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy cô Khoa Công Nghệ Hóa Học đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đồ án. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong ban giám hiệu nhà trường, quý thầy cô trong kkhoa đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian vừa qua và đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em để chúng em có thể hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất. Đồng thời chúng em xin chân thành cảm ơn cô Trần Nguyễn An Sa đã nhiệt tình chỉ bảo và hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Trong quá trình thực hiện đồ án này chắc chắn chúng em không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong quý thầy cô và các bạn nhiệt tình đóng góp để đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn. Nhóm chúng em xin gửi đến quý thầy cô lời chúc sức khỏe. Chúng em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHOSPHO VÀ MẪU CHỨA PHOSPHO 1 1.1 . Tống quan về phospho 1 1.1.1 Định nghĩa phospho 1 1.1.2 Vòng tuần hoàn của phospho. 1 1.1.3 Các hợp chất của Phospho. 4 1.2 Nguồn gốc, vai trò và chức năng của Phospho 6 1.2.1 Nguồn gốc 6 1.2.2. Vai trò của phospho. 7 1.2.3. Chức năng của phospho. 7 1.3 Tính chất của phospho 8 1.3.1 Tính chất vật lý 8 1.3.2 Tính chất hóa học. 9 1.4 Ứng dụng. 9 1.4.1 Trong nông nghiệp 9 1.4.2 Trong công nghiệp 10 1.4.3 Trong chăn nuôi 10 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHOTPHO 13 2.1 . Phương pháp xác định các hợp chất của phospho 13 2.1.1 Xác định orthophosphat 13 2.1.2 Xác định polyphosphat. 14 2.1.3 Xác định phosphat hữu cơ. 14 2.2 . Các phương pháp xác định photpho 15 2.2.1 Xác định photpho bằng phương pháp khối lượng 15 2.2.2 Xác định hàm lượng photpho bằng phương pháp thể tích với thuốc thử molypat. 15 2.2.3 Xác định hàm lượng photpho bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử molypdat 15 2.2.4 Xác định hàm lượng phospho bằng phương pháp trắc quang sử dụng tác nhân khử là thiếc clorua 16 2.2.5 Xác định hàm lượng phospho bằng phương pháp trắc quang sử dụng acid ascorbic 16 2.2.6 Xác định hàm lượng phospho bằng phương pháp trắc quang tự động sử dụng acid ascorbic 16 2.2.7 Xác định hàm lượng orthophosphat bằng phương pháp tiêm theo dòng 17 2.3 . Các tác nhân khử 17 2.3.1 Khử acid phosphomolybdic bằng acid ascobic 17 2.3.2 Khử acid phosphomolybdic bằng thiếc( II) clorua 17 2.3.3 Khử acid phosphomolybdic bằng acid ascobic có xúc tác antimon 18 2.3.4 Khử acid phosphomolybdic bằng acid ascobic có xúc tác bismuth 18 2.4 . Các yếu tố cản trở khi xác định Phospho 18 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM 20 3.1 Mục têu nghiên cứu đề tài 20 3.2 . Hóa chất, thiết bị, dụng cụ 20 3.2.1. Hóa chất 20 3.2.2. Thiết bị và dụng cụ 21 3.3 .Khảo sát các thông số của qui trình sử dụng tác nhân khử acid ascorbic. 22 3.3.1 . Khảo sát phổ hấp thu giữa Phospho và thuốc thử Molipdovanadat. 22 3.3.2 .Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử Molipdovanadat. 22 3.3.3 . Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân khử acid acorbic. 23 3.3.4 . Khảo sát ảnh hưởng của pH. 23 3.3.5 . Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng bền màu. 24 3.3.7 . Khảo sát hàm lượng khoảng tuyến tính 25 3.3.8 . Giới hạn định lượng (LOD) giới hạn phát hiện (LOQ) 26 3.4 . Khảo sát các thông số của qui trình sử dụng tác nhân khử thiếc clorua 26 3.4.1 . Khảo sát phổ hấp thu giữa Phospho và thuốc thử Molipdovanadat 26 3.4.2 . Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử Molipdovanadat 27 3.4.3 . Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân khử thiếc clorua 28 3.4.4 . Khảo sát ảnh hưởng của pH. 28 3.4.5 . Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng bền màu 29 3.4.6 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ. 29 3.4.7 . Khảo sát hàm lượng khoảng tuyến tính 30 3.4.8 . Giới hạn định lượng (LOD) giới hạn phát hiện (LOQ) 31 3.5 . Dự toán kinh phí 31 3.6 . Định hướng phát triển đồ án chuyên ngành 32 DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1. 1. Vòng tuần hoàn của P trong tự nhiên 2 Bảng 3. 1.Khảo sát phổ hấp thu 22 Bảng 3. 2.Khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử 23 Bảng 3. 3. Khảo sát ảnh hưởng của acid ascorbic 23 Bảng 3. 4.Khảo sát ảnh hưởng của pH 24 Bảng 3. 5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 24 Bảng 3. 6. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ. 25 Bảng 3. 7. Khảo sát khoảng tuyến tính 25 Bảng 3. 8. Khảo sát phổ hấp thu 27 Bảng 3. 9. Khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử 27 Bảng 3. 10. Khảo sát ảnh hưởng của acid ascorbic 28 Bảng 3. 11.Khảo sát ảnh hưởng của pH 28 Bảng 3. 12. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 29 Bảng 3. 13. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 30 Bảng 3. 14. Khảo sát khoảng tuyến tính 30 LỜI MỞ ĐẦU Như chúng ta đã biết phospho tham gia vào quá trình cấu tạo của xương, nó được sử dụng để sản xuất ra năng lượng và hoạt hóa nhiều hoạt động sinh thái, là chất khoáng có nhiều nhất trong cơ thể sau calci Trong cơ thể phospho có khoảng 80% trong xương, 10% trong cơ, 10% trong các mô mềm khác. Đó là một phức hợp năng lượng sinh học có nhiệm vụ cung cấp năng lượng , là nguyên tố thiết yếu cho cuộc sống. Nếu hàm lượng phospho trong cơ thể thừa thì dẫn đến có thể có những tác dụng âm tính, hàm lượng calci giảm đi thì dẫn đến hiện tượng loãng xương vì thế ta nên chọn lọc những thức ăn ít có hàm lượng phospho cho cơ thể. Ngoài ra còn có một số hợp chất của phospho có thể điều chế phân bón, dùng trong thuốc đánh răng.... CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHOSPHO VÀ CÁC TÁC NHÂN KHỬ 1.1. Tống quan về phospho Định nghĩa phospho Từ tiếng Hy Lap: phos có nghĩa là ánh sáng và phoros nghĩa là người/vật mang, là một nguyên tố hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn có ký hiệu P và số nguyên tử 15. Là một phi kim đa hóa trị trong nhóm nito, Phospho chủ yếu tìm được trong các loại đá phosphat vô cơ và trong cơ thể sống. Do độ hoạt động cao, nên không bao giờ tìm thấy nó ở dạng đơn chất trong tự nhiên. Nó phát xạ ánh sáng nhạt khi bị phơi ra trước oxy và xuất hiện dưới một số dạng thù hình, là nguyên tố thiết yếu cho cơ thể sống. Sử dụng nó quan trọng nhất trong thương mại là sản xuất phân bón và nó cũng được sử dụng rộng rãi nhất trong vật liệu nổ, diêm, pháo hoa, thuốc trừ sâu, thuốc đánh răng, chất tẩy rửa... Vòng tuần hoàn của phospho Phospho là một trong các nguyên tố rất cần thiết cho sự sống. Trong vỏ trái đất phôtpho là nguyên tố đứng ở vị trí thứ hai. Hóa học môi trường của phospho khác với các nguyên tố phi kim loại khác ở chỗ các phản ứng khử đóng vai trò không ổn định. Liên kết phospho tự nhiên (P2O5) chứa nguyên tử phospho hóa trị +5, đây là dạng liên kết bền vững với oxy (ED > 500kj/mol) song vì đặc tính điện tử và phân tử lượng lớn mà hợp chất phospho tự nhiên có áp suất hơi rất nhỏ. Do đó trong khí quyển thành phần phospho rất ít có ý nghĩa. Nền tảng của liên kết phôtpho trong môi trường là axit phosphoric H3PO4 với hằng số phân ly pK1 = 2,15; pK2 = 7,20 và pK3 = 12,35 ở 250C. Nó tạo thành không ít hơn 200 loại khoáng tồn tại trong tự nhiên, trước hết là với các cation như Na+, Mg+2, Ca+2, Al+3, Pb+2, Fe+2, Fe+3, Mn+4, Cu+2, Zn+2, Th+4, UO2+2 và những nguyên tố họ lantan, trong đó chỉ có một số canxi phosphate là có ý nghĩa như là nguyên liệu của ngành công nghiệp phôtpho (Bảng 1). Khoảng 95% nguồn phospho trên thế giới tồn tại dưới dạng các fluorapatit. Phân hủy phôtpho qua ôxy hóa kết hợp với nước tạo thành axit ortohophôtphoric (H3PO4) sau đó thành các muối ortohophosphate. Phosphate này là dẫn xuất của các axit phôtpho ở dạng chung Hn+2PnO3n+1 (n = 2 điphospho axit, n = 3: triphosphoaxit) và chứa cầu liên kết P - - O - - P. Ví dụ: 2HPO4-2 P2O7-4 + H2O. Axit phospho có thể liên kết với các hợp chất hữu cơ hydroxyl là những hợp chất có ý nghĩa nền tảng trong tất cả các hệ thống sinh học. Ví dụ về một số hợp chất hữu cơ phôtpho như adenosintriphosphate, hợp chất uridintriphosphate và cytidintriphosphate. Vòng tuần hoàn phospho bao gồm các quá trình trao đổi phospho giữa các phôtphate vô cơ và hữu cơ trong quá trình sống của sinh vật. Theo một số tác giả thì vòng tuần hoàn sinh hóa của phôtpho có thể tách ra thành hai phần riêng: đất – cây trồng và nước – cặn lắng vì hai phần này trao đổi chất với nhau rất ít. Điều đáng chú ý là một phần phôtpho thông qua sử dụng sinh học và dân dụng đã được phân tán một cách chậm chạp và một số được giữ lại trên bề mặt Trái đất hoặc lắng dưới biển.
Hình 1. 1. Vòng tuần hoàn của P trong tự nhiên Cân bằng H2O – H3PO4 phụ thuộc vào pH, ở giá trị pH = 7 tồn tại cân bằng sau: H2PO4- = HPO4-2 + H+ Trong địa quyển và thủy quyển, các ion kim loại như Ca+2, Fe+3, Al+3 có khả năng liên kết dễ dàng với phôtpho. Sự phụ thuộc của độ hòa tan của các phosphate kim loại vào pH rất có ý nghĩa đối với quá trình kết tủa phôtphate trong các hồ nước ngọt có hiện tượng phì dưỡng (eutrophication). Nồng độ phosphate thực tế cao hơn nhiều so với nồng độ ở trạng thái cân bằng tương ứng. Điều này có thể là do ảnh hưởng của một số ion lạ có khả năng hòa tan tốt hoặc là do quá trình kết tinh hoặc liên kết xảy ra chập chạp. Liên kết của các ion kim loại với phosphate tạo thành từ bước quá độ của các phản ứng kết tủa và phản ứng bề mặt. Quá trình hấp thụ phosphate bằng nhôm hydroxyt, sắt hydroxyt hoặc các oxit ngậm nước tuân theo cơ chế liên hợp và đạt cực đạt cực đại ở giá trị pH mà tại đó tồn tại dạng ion H2PO4. Bước quá độ chuyển sang môi trường kiềm có tác dụng như là quá trình khử hấp phụ. Đặc trưng tổng hợp quá trình chuyển pha của phôtphate từ pha lỏng sang pha rắn là tỷ lệ giữa kim loại và phospho trong sản phẩm kết tủa. Tỷ lệ này thường lớn hơn 1, kết quả là một phần lớn phosphate đưa vào đất dưới dạng phân bón không chuyển hóa được thành chất dinh dưỡng. Vì vậy tùy theo tính chất của từng loại đất mà phần phosphate theo phân bón có thể bị giữ lại, không có tác dụng tích cực. Dung dịch nước của các sản phẩm phân ly của H3PO4 phụ thuộc nhiều vào giá trị pH ở những hình thái H3PO4 (O), H2PO4- (1), HPO4-2 (2), PO4-3 (3). Trước hết các gốc thực vật sẽ hấp thụ H2PO4- và HPO4-2. Ở pH ≤ 6 bắt đầu có sự cố định phosphate với liên kết Fe+3 và Al+3 chủ yếu dẫn tới kết tủa các phosphate kiềm của Fe+3 và Al+3 (M(PO4)6(OH)3(1-X), với M là nhôm hoặc sắt). Quá trình hấp phụ trên bề mặt các oxit ngậm nước hoặc keo là nhờ các sản phẩm thủy phân. Ơ pH ≥ 7 bắt đầu kết tủa các caxiphosphate như CaHPO4 hoặc các hdroxylapatit Ca10(PO4)6(OH)2. Do đó khi sử dụng phosphate làm chất dinh dưỡng cho thực vật thì yêu cầu giá trị pH trong một giới hạn hẹp, vì nếu ở điều kiện không thích hợp các phosphate sẽ bị giữ lại trong đất. Các phosphate trong nguồn nước chảy hoặc nguồn tĩnh thường là nguồn gốc dẫn đến hiện tượng phì dưỡng. Những chất này có thể là các chất tẩy rữa hoặc chất làm mềm nước cứng đi vào thủy quyển, như pentanatripolyphosphate (Na5P3O10). Ngoài ra còn có một số chất như sắt phôtphate từ các lớp cặn lắng có thể bị hòa tan trở lại khi trong các nguồn nước có chứa nhiều chất dinh dưỡng và chất ô nhiễm có thể tồn tại các điều kiện khử hoặc giá trị pH thấp, quá trình có thể xảy ra theo phương trình sau: Fe(PO4)r + H+ + e- = Fe+2 (nước) + HPO4-2 (nước) Chất khử có thể là H2S hoặc các hợp chất hữu cơ trong nước. Nước biển với pH = 8,1 là một điều kiện tốt để kết tủa PO4-3. Nồng độ phospho tính toán theo lý thuyết cân băng pha vào khoảng 1,1 µg/l. Nhưng thực tế thì nồng độ phôtpho trong nước biển lớn hơn nhiều, đó là do quá trình hòa tan trở lại của các keo phospho hoặc các hợp chất hữu cơ phôtpho. Nồng độ phospho trong nước biển tăng dần theo chiều sâu của biển so với lớp bề mặt. Điều này có thể giải thích rằng các sản phẩm sinh học chứa phôtpho ở dưới lớp nước sâu của biển sẽ bị hạn chế do các tia mặt trời không tới được để tham gia quá trình tổng hợp. Các hợp chất của Phospho. 1.1.3.1 Phospho đỏ Phospho đỏ là một dạng thù hình của phôtpho nhưng là chất trơ, không có các hoạt tính đặc biệt như của P trắng. Phôtpho đỏ được chế tạo từ phospho trắng và được xem là an toàn. Trước đây, trong quá trình sử dụng P đỏ người ta thấy nó gây ra một số tác hại sức khỏe, nguyên nhân là do trong P đỏ có lẫn P trắng, được xem là tạp chất ô nhiễm. P đỏ chủ yếu được dùng trong công nghiệp diêm, chế tạo pháo hoa, pháo lệnh,… Phosphin (PH3). Là chất khí không màu, tinh khiết không mùi (mùi tỏi khi tạo thành từ phôtphua). Tỉ trọng 1,175; sôi ở -87,4 oC; nóng chảy -132,5 oC. Rất ít tan trong nước, tan nhiều trong cồn và ête. Nó có thể hóa lỏng và cháy với ngọn lửa màu xanh sáng. Rất độc, tác dụng lên hệ thần kinh trung ương gây hôn mê. Gây kích ứng phần da hở, niêm mạc mắt, đường hô hấp, gây xuất huyết ở phổi. Axit Phôtphoric (H3PO4) Axit phosphoric (H3PO4) còn gọi là axit orthophosphoric, là một chất lỏng, trong sánh, tan trong nước và cồn. Phân tử lượng : 98; tỷ trọng : 1,83; điểm nóng chảy : 42,3 oC; điểm sôi : 213oC (mất ½ H2O) Axit phosphoric là một axit tương đối mạnh, được dùng nhiều trong công nghiệp phân bón superphosphate. Nó được dùng để làm sạch bề mặt kim loại trước khi sơn, nếu có lẫn tạp chất có thể sinh ra hiđdro, từ đó có thể tạo ra một khí cực độc là PH3… Nếu bị axit bắn vào da hoặc mắt thì ngay tức khắc phải rửa với nhiều nước tại nguồn gần nhất trước khi đưa nạn nhân đi cấp cứu. Phospho pentaoxit (P2O5) Còn gọi là anhiđrit phosphoric, phosphoric pentaoxit, là một bột trắng, chảy ra trong không khí, tan trong H2SO4, phân hủy mạnh mẽ trong nước. Phân tử lượng : 142; tỷ trọng 2,39; điểm nóng chảy 569oC Được dùng trong tổng hợp hữu cơ làm tác nhân khử nước. Nó có tác dụng ăn mòn đối với mắt, niêm mạc, da. Hít phải hơi phospho pentaoxit có thể bị phù phổi. . Phospho pentaclorua (PCl5) Là một khối kết tinh, bốc khói, mù hăng cay, khó ngửi. Phân hủy trong nước, tan trong CS2, CCl4. Phân tử lượng : 208,2; tỷ trọng 4,64 Được dùng trong tổng hợp hữu cơ. Phôtpho pentaclorua phân hủy tạo thành axit clohiđrit và axit phôtphoric Phôtpho pentaclorua tiếp xúc với không khí tạo ra khói ăn mòn, rất nguy hiểm với mắt, niêm mạc và da. Hít thở phải khói có thể gây phù phổi. Khói tiếp xúc với da cũng làm bỏng da. . Phospho oxiclorua (POCl3) Còn gọi là phosphoryl clorua, là chất lỏng màu vàng nhạt, mùi khó ngửi. Phân tử lượng: 153,4; tỷ trọng 1,67; điểm nóng chảy: 2oC; điểm sôi: 105,3oC Được dùng làm tác nhân clo hóa cho hợp chất hữu cơ. Tính chất của nó nguy hiểm như phospho pentaclorua 1.1.3.7. Phospho triclorua (PCl3) Là chất lỏng không màu, bốc khói, tan trong dung môi hữu cơ. Nó phân hủy trong nước, giải phóng nhiều nhiệt. Được dùng để sản xuất phôtpho pentaclorua (PCl5) là tác nhân clo hóa Phospho triclorua là một chất cực kỳ ăn mòn khi ẩm. Nếu đun nóng sẽ tạo thành PH3. Phản ứng mạnh với kiềm. Phospho triclorua là một chất gây cháy, nổ. Tính chất nguy hiểm như PCl5 nên khi tiếp xúc phải rất thận trọng dự phòng. 1.1.3.8. Phospho sesquisunfua (P4S3) Còn gọi là tetraphospho trisunfua. Là chất kết tinh màu vàng, tan trong nước lạnh, phân hủy trong nước nóng, tan trong một số dung môi hữu cơ. Phân tử lượng: 220,26; tỷ trọng 2,03; điểm nóng chảy: 1,74oC; điểm sôi: 408oC Hiện nay chất này được dùng nhiều trong công nghiệp diêm, làm đầu que diêm hoặc bên sườn hộp diêm (hột quẹt) để đánh diêm (quẹt) Tuy là chất tương đối ít độc, nhưng hít phải hơi của P4S3 cũng gây kích ứng các niêm mạc. Nguồn gốc, vai trò và chức năng của Phospho Nguồn gốc Các vi sinh vật biển nhận một lượng đáng kể phôtpho từ các nguồn thực phẩm hoặc các cơ thể chết dưới dạng phôtpho khó hòa tan hoặc photphate vô cơ hòa tan. Chỉ một phần nhỏ phôtphate ở dưới đất (5%) là có thể được cây trồng hấp thụ vì chỉ có đihyđdrogenphotphate (H2PO4-) có thể hòa tan tốt trong nước. Các photphate vô cơ khó hòa tan sẽ tồn tại trong đất và sau này có thể bị các axit như axit limonic, axit sunfuric hòa tan và đi vào thành phần của nguyên sinh động vật. Các phospho tồn tại ở các gốc rễ cây trồng, sẽ từ từ thủy phân ở dạng các khoáng vi sinh do quá trình phôtphate hóa. Lượng photphate trong hệ sinh thái nước và sinh vật trên cạn không đủ cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật (lượng phôtphate này chỉ vào khoảng 0,5 – 5% khối lượng, cho nên phôtpho thường được biểu thị như là chất dinh dưỡng hạn định. Sự thiếu hụt này được bổ sung bởi các hoạt động nhân tạo như việc sản xuất các phân bón photphate từ các quặng photphate (superphôtphate, đisuperphôtphate, NPK… .). Lượng phôtpho dư trong phân bón thấm qua đất, qua sông ra biển và lắng ở đó. Trong nước mưa nồng độ có từ 10 – 100 mg/m3 ( do bụi, muối biển bốc hơi, các quá trình có nhiệt độ cao và quá trình chuyển hóa phôtpho trong khí quyển). Nguồn phát sinh phospho bao gồm: trong tự nhiên, sản xuất bom, đạn, sản xuất hóa chất, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, chất thải, các chất bài tiết của động vật, trong bùn thải của hệ thống xử lý nước thải…. Hạt cốc, sữa, bột cá và bột thịt có xương là nguồn cung cấp P rất tốt, trong khi đó cỏ khô và rơm rạ chứa rất ít P. Cám gạo chứa nhiều P trong khi bột sắn chứa rất ít. Phospho cũng có vấn đề khá quan trọng về hiệu suất sử dụng. Phần lớn phospho ở hạt ngũ cốc và nhất là cám dạng phytate là muối của axit phyric. So với phosphat vô cơ như dicanxi phosphat thìa mức độ sử dụng phytat canxi ở gà con là 10%, gà đẻ 50%, lợn 30% và nhai lại gần 90%. Bò sử dụng được nhiều phytat nhờ có phytaza lấy từ thức ăn thực vật. 1.2.2. Vai trò của phospho. Phospho tham gia vào quá trình cấu tạo xương. Nó được sử dụng để sản xuất ra năng lượng và hoạt hóa nhiều hoạt động sinh thái . Tuy nhiên, nhiều phospho trong thực phẩm có khả năng gây ra những tác dụng âm tính. Phospho là chất khoáng có nhiều nhất trong cơ thể, sau calci: ở người lớn nẳng 70 kg, sẽ có 700g phospho trong đó có 80% có trong bộ xương, 10% trong cơ, 10% ở các mô mềm khác, đặc biệt dưới dạng phức hợp phosphoprotein, phospholipid. Đó là một phức hợp năng lượng sinh học có nhiệm vụ cung cấp năng lượng ATP cho chúng ta, cũng như tham gia vào quá trình hoạt hóa trong đó yếu tố dinh dưỡng sẽ điều hòa các hoạt động này. 1.2.3. Chức năng của phospho. Phospho là chất khoáng có nhiều chức năng hơn bất kì chất khoáng nào khác. Phospho ngoài nhiệm vụ tạo xuong còn có nhiệm vụ khác như tahm gia vào liên kết cao năng cùa ATP, trong quá trình tổng hợp phospholipit của màng tế bào, của tổ chức thần kinh, trong RNA và DNA và trong quá trình tổng hợp protein và di truyền do RNA và DNA. Triệu chứng thiếu phospho: trong thức ăn thường thiếu phospho hơn là canxi. Nguyên nhân chính là do thiếu P trong đất nên hàm lượng P trong cây trồng thấp. Trên thế giới rất nhiều vùng đất thiếu P đặc biệt là nước nhiệt đới . Thiếu phospho gây ra những triệu chứng hoặc bệnh tật chủ yếu sau đây: gây bệnh mềm xướng và xốp xương như thiếu canxi. Triệu chứng kinh niên như khớp xương cứng và thịt nhão.Giảm sản lượng sữa, giảm tỷ lệ thụ thai, sinh trưởng chậm. Nhiều tài liệu cho là bổ sung P làm tăng tỷ lệ thụ thai của bò chăn thả Triệu chứng thiếu phospho thể hiện trên cừu nhiều hơn trên bò vì cừu có thói quen chọn lựa khi ăn. Cừu thường chọn những phần thực vật non đang sinh trưởng phần chứa hàm lượng P thấp hơn. Tính chất của phospho Tính chất vật lý Phôtpho (P) là một nguyên tố có nhiều trong tự nhiên dưới dạng quặng. Ở sinh vật, Phospho có vai trò quan trọng, có nhiều trong xương động vật dưới dạng canxi phôtphate, trong não, lòng đỏ trứng, dưới dạng hợp hữu cơ…. Phôtpho là một á kim, nguyên tử lượng 31, tỷ trọng 1.83, điểm nóng chảy 94oC, điểm sôi 278oC, không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. Là một chất rắn, dễ gãy ở nhiệt độ thường, mềm dễ uốn, có ba dạng thù hình là trắng (vàng), đỏ và phôtpho pryromorphic. Dạng phổ biến của phospho là chất rắn dạng sáp màu trắng có mùi đặc trưng khó ngủi tương tự như tỏi. Dạng tinh khiết của nó không màu trong suốt. Phi kim này không hòa tan trong nước. Phospho tinh khiết bắt cháy ngay trong không khí và tạo khói trắng chứa pentoxit phospho. Phospho tồn tại duới ba dạng thù hình cơ bản: trắng, đỏ và đen. Các dạng thù hình khác cũng có thể tồn tại. Phổ biến nhất là phospho trắng và phospho đỏ cả hai đều chứa các nhóm phân bố kiểu tứ diện của phospho trắng tạo thành các nhóm riêng. Các tứ diện của phospho đỏ liên kết với nhau thành chuỗi. Phospho trắng cháy khi tiếp xúc vối nguồn nhiệt và ánh sáng. Phospho cũng tồn tại trong các dạng ưa thích về mặt đọng học và nhiệt động lực học. Chúng được tách ra ở nhiệt độ chuyến tiếp -3.8OC. một dạng được gọi là ”alpha” dạng kia được gọi là ” beta”. Phospho đỏ là tương đối ổn định và thăng hoa ở áp suất 1atm và 170OC nhưng cháy do va chạm hay do ma sát. Thù hình phospho đen tồn tại và cá cấu trúc tương tự như graphit, các nguyên tử được sắp xếp trong các lớp theo tấm lục giác và có tính dẫn điện. Các đồng vị phospho gồm: p32 : chất tạo bức xạ bate (1.71 MeV) với chu kì bán rã 14.3 ngày. Nó được dùng trong các phòng thí nghiệm khoa học nghiên cứu về sự sống chủ yếu tạo các mẫu ADN và ARN đánh dấu phóng xạ, ví dụ để sử dụng trong các phương pháp đánh dấu Northern hay đánh dấu Southern. Do các hạt beta cao năng lượng được tạo ra thâm nhập qua da và giác mạc, và do bất kì lượng P32 nào đi vào cơ thể theo các đường tiêu hóa, hô hấp hay hấp thụ qua qua các đường khác đều kết hợp lại trong xương và các nuleic, yêu cầu là mọi ngưởi làm việc tiếp xúc với P32 bắt buộc phải dùng quần áo bảo hộ và găng tay bảo hộ. Ngoài ra do năng lượng cao của các hạt beta , thông thường người ta hay sử dụng vật để che chắn (chẳng hạn chì), nhưng đều này tạo ra bức xạ thứ cấp tia X. Vì thế tấm che phải kèm theo với vật liệu nhẹ như, plexiglas, acrylic, chất dẽo, gổ hay nước. P33: chất tạo bức xạ beta (0.25MeV) với chu kì bán rã 25.4 ngày. Nó thường dùng trong phòng thí nghiệm khoa học về sự sống trong ứng dụng mà bức xạ beta thấp năng lượng là ưu thế hơn, ví dụ sắp xếp chuỗi ADN. . Tính chất hóa học. Ở nhiệt độ thường thì P có tính khử yếu, ở nhiệt độ cao thì tính khử mạnh 2P + 5/2O2 = P2O5 P có tính oxi hóa yếu nó chỉ tác dụng với kim loại nhóm IA, IIA, IIIA P + Na = Na3PO4 P trắng có tính oxi hóa mạnh hơn đỏ và đen. Ứng dụng. . Trong nông nghiệp Acid phosphoric đậm đặc, có thể chứa tới 70% - 75% P2O5 là rất quan trọng với ngành nông nghiệp do nó được dùng để sản xuất phân bón. Nhu cầu toàn cầu về phân bón đã dẫn tới sự tăng trưởng đáng kể trong sản xuất phân bón (PO43-) trong nửa sau thế kỷ 20.. Trong công nghiệp Tro xương, phosphat can xi được sử dụng trong sản xuất đồ sứ. Tripolyphophat natri được sản xuất từ acid phosphoric được sử dụng trong bột giặt ở một số quốc gia, nhưng lại bị cấm ở một số quốc gia khác. Acid phosphoric được sản xuất từ Phospho, nguyên tố được sử dụng trong các ứng dụng như các đồ uống chứa soda. Acid này cũng là điểm khởi đầu chế tạo các phosphat cấp thực phẩm. Các hóa chất này bao gồm phosphat monocanxi được dùng trong bột nở và tripolyphosphat natri và các phosphat khác của natri. Trong số các ứng dụng khác , hóa chất này được dùng để cải thiện đặc trưng cho thịt hay pho mat đã chế biến. Người ta còn dùng nó trong kem đánh răng. Phosphat natri được dùng trong các chất làm sạch để làm mềm nước và chống ăn mòn cho dường ống, nồi hơi. Phospho được sử dụng rộng rãi để sản xuất một số hợp chất hữu cơ chứa phospho, thông qua chất trung gian như clorua phospho và sulfua phospho. Ngoài ra, Phospho có nhiều ứng dụng khác, bao gồm chất làm dẻo, làm chậm cháy, thuốc trừ sâu, chất chiết và các chất xử lý nước. Nguyên tố này cũng là thành phần quan trọng trong sản xuất thép, trong sản xuất đồng thau chứa phospho và trong nhiều sản phẩm liên quan khác. Phospho trắng được sử dụng trong các ứng dụng quân sự trong bom lửa, tạo ra các màng khói như trong các bình khói và bom khói, và trong đạn lửa. Phospho đỏ được sử dụng để sản xuất các bao diêm an toàn , pháo hoa và nhất là metamphemin (C10H15N). Với lượng nhỏ, phospho được dùng như là chất thêm vào cho các loại bán dẫn Phospho P32 và phospho P33 được dùng như là chất phát hiện dấu vết phóng xạ trong các phòng thí nghiệm hóa sinh học. Cách sử dụng khác còn có: các phosphat được dùng trong sản xuất, các loại thủy tinh đặc biệt được sử dụng trong các loại thủy tinh đèn hơi natri Trong chăn nuôi Để giảm giá thành sản xuất thức ăn gia súc, người ta thường sử dụng xương và các phế thải khác của gia súc để làm phụ gia cung cấp phospho và canxi. Tuy nhiên, việc sử dụng các phế thải này có nguy cơ là làm nhiễm khuẩn thức ăn và gây độc cho gia súc. Những lo ngại hiện nay ở châu Âu về dịch bò điên, mà người ta qui cho việc sử dụng phế thải ngành giết mổ làm thức ăn gia súc, đã khơi lại mối quan tâm về các quy trình sản xuất những phụ gia phôtpho vô cơ từ quặng phosphate tự nhiên. Phospho là thành phần quan trọng của thức ăn gia súc, nó rất cần thiết cho sự phát triển khỏe mạnh, tốc độ cứng của xương và tác động tốt đến các quá trình trao đổi chất. Hàm lượng phospho trong thức ăn tự nhiên của gia súc (lúa, ngô, đậu tương...) tương đối thấp chỉ khoảng 0,2 - 0,5% (trong khi tỷ lệ phôtpho cần thiết cho thức ăn chăn nuôi phải cỡ 0,3 - 0,7%). Vì vậy, người ta phải bổ sung phospho từ các phụ gia khác. Thức ăn gia súc được sản xuất từ các phụ phẩm giết mổ và bột cá có hàm lượng P khoảng 3,0 - 3,4%. Tuy nhiên loại này luôn tiềm ẩn nguy cơ nhiễm độc và truyền bệnh. Ngược lại, so với các dạng thức ăn gia súc trên các phôtphate khoáng chất có ưu điểm là có hàm lượng phôtphate dinh dưỡng cao hơn nhiều, nguồn nguyên liệu quặng phôtphate không hạn chế, ngoài ra hàm lượng canxi trong loại sản phẩm này cũng cao. Hàm lượng flo trong phosphate khoáng chất là một yếu tố quan trọng cần xem xét. Theo tiêu chuẩn quốc tế, tỷ lệ P/F trong thức ăn gia súc phải lớn hơn hoặc bằng 100. Ngoài ra, một số kim loại nặng như Cd, As, Pb, Hg có thể có mặt trong quặng phôtphate phải được khống chế, do đó cần phải phân tích và thử nghiệm trước khi quyết định sử dụng loại quặng nào làm nguyên liệu sản xuất thức ăn gia súc. Sản xuất phụ gia thức ăn gia súc từ quặng phôtphate Quặng phôtphate được sử dụng phổ biến để sản xuất phân lân. Quy trình sản xuất các phụ gia phôtphate cho thức ăn gia súc có nhiều điểm tương tự quy trình sản xuất phân hóa học. Mục đích của cả 2 quy trình đều là chuyển phôtpho ở dạng không hấp thụ được cho cây trồng (hoặc gia súc) thành dạng hấp thụ được. Nhưng khi sản xuất phụ gia thức ăn gia súc thì việc chuyển phôtpho sang dạng hấp thụ được có ý nghĩa quan trọng hơn nhiều, ngoài ra những nguyên tố có hại cho sức khỏe gia súc (như flo) phải được giảm xuống dưới mức cho phép. Hai quy trình chính được áp dụng để sản xuất phụ gia phosphate cho thức ăn gia súc là: Sản xuất phosphate đã tách flo (DFP). Sản xuất monocanxi phosphate (MCP) và dicanxi phosphate (DCP) Quá trình sản xuất phosphate tách flo gồm các bước chính sau: Việc tách flo được thực hiện bằng phương pháp nung ở nhiệt độ cao. Quá trình này cũng chuyển hóa các thành phần phospho ở dạng gia súc không hấp thụ được thành dạng tan trong axit xitric và amoni xitrat, là dạng có thể được hấp thụ sinh học. Sản phẩm sau khi nung được làm lạnh và sàng để thu được cỡ hạt theo yêu cầu, sau đó được đóng bao. Quá trình sản xuất MCP và DCP gồm các bước chính sau: Ở các nhà máy cỡ nhỏ và vừa, người ta có thể sử dụng axit H3PO4 được sản xuất từ các loại quặng phôtphate khác nhau mà vẫn đảm bảo hàm lượng flo còn lại ở mức quy định. Còn ở các nhà nláy cỡ lớn (trên 40 tấn/giờ) thì người ta áp dụng quy trình tách liên tục. Axit H3PO4 của chính quá trình (đã tách flo) được cho tác dụng với vôi nghiền trong máy nhào liên tục. Bán sản phẩm được sấy khô, sàng và đóng bao. Các phần hạt quá mịn hoặc to được quay vòng trở lại CHƯƠNG 2CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHOTPHO . Phương pháp xác định các hợp chất của phospho Xác định orthophosphat Lượng phospho tồn tại dưới dạng orthophosphate có thể được đo bằng những phương pháp trọng lượng, thể tích, so màu. Phương pháp trọng lượng được sử dụng khi hàm lượng phospho hiện diện lớn, nhưng điều này không xảy ra trong thực tế. Phương pháp thể tích được sự dụng khi nồng độ nồng độ phosphat lớn hơn 50mg/L nhưng nồng độ này rất hiếm gặp trong trường hợp nước sôi hay chuyển hóa kị khí những chất nổi. Phương pháp này gồm: kết tủa, lọc, làm sạch kết tủa và chuẩn độ. Phương pháp này tốn nhiều thời gian. Phương pháp so màu để đo nước và nước thải có thể được thỏa mãn với một độ chính xác cao. Có ba phương pháp so màu được sử dụng để xác định orthophosphat, chúng có cùng bản chất với những nguyên tắc trên nhưng khác nhau ở chỗ là nó có thêm vào một số nguyên tố tự nhiên để tạo màu. Yếu tố hóa học cần thiết như: ion phosphat kết hợp với ammonium molypdat trong điều kiện acid thành molypdophosphat PO43- + 12 (NH4)2MoO4 + 24H+ → (NH4)3PO4.12MoO3 + 21 NH4 + 12 H2O Khi hiện diện một lượng phosphat lớn, trạng thái của molypdophosphat sẽ là những kết tủa màu vàng có thể lọc và đo bằng phương pháp thể tích. Ở nồng độ phosphat thấp hơn, tạo thành những hạt keo màu vàng sẽ được xác định hàm lượng bằng phương pháp so màu . Với nồng độ phosphat dưới 30mg/ L, màu vàng của hạt keo không thể nhận biết rõ và điều này có nghĩa là cần phải phát triển theo một hướng khác. Một cách khác cải thiện là thêm vanadium để hình thành dạng phức hợp vanadomolypdophosphoric acid có màu vàng rõ, cho phép phân tích phospho với hàm lượng dưới 1mg/L hoặc ở những khoảng thấp hơn. Lượng molypdenum chứa trong ammonium phosphomolypdate cũng được giảm để tạo những sản phẩm có màu xanh tỉ lệ tương đương với lượng phosphate hiện diện Một lượng thừa ammonium molypdate không bị giảm đi và do đó không can thiệp vào quá trình. Ascorbic acid (C6H6O6) hay stannous chloride có thể sử dụng như một nhân tố khử. Hợp chất màu được tạo thành là màu xanh molypdeum hay xanh heteropoly. Thiếc clorua cũng được sử dụng như một nhân tố có thể được mô tả qua phương trình: (NH4)PO4 + 12MoO3 + Sn2+ → molypdenum + Sn4+ . Xác định polyphosphat. Polyphosphat có thể chuyển hóa thành orthophosphat bằng cách đun sôi mẫu đã được acid hóa tối thiểu 90 phút. Lượng acid thừa thêm vào để xúc tác tăng tốc độ thủy phân phải được trung hòa trước khi tiếp tục thêm dung dịch ammonium molypdate vào. Lượng orthophosphat xuất phát từ polyphost được tính như sau: Tổng hàm lượng phosphat vô cơ – orthophosphat = polyphosphat Xác định phosphat hữu cơ. Để phân tích phospho hữu cơ có trong chất thải công nghiệp và có trong bùn đòi hỏi chất hữu cơ phải được phá hủy sao cho phospho được giải phóng. Chất hữu cơ có thể bị phá hủy bởi một trong ba phương pháp oxy hóa ẩm hoặc phương pháp chuyển hóa dưới dạng ion phosphat. Chất oxy hóa được sử dụng là sulfuric hay persulpahat Acid perchloric là chất oxy hóa mạnh nhất, nhưng nó cũng là chất độc hại nhất. Để tránh nguy hiểm từ những vụ nổ, loại mủ đặc biệt phải được sử dụng trong quá trình chuyển hóa và phải thêm vào một số hóa chất. Một khi chuyển hóa đã hoàn tất, việc đo lường phospho giải phóng có thể được làm bằng bất kì một phương pháp đo orthophosphat nào. Tất cả những dạng phospho (tổng) được đo từ sự xác định phospho hữu cơ. Do vậy, lượng phospho hữu cơ được tinh như sau: Tổng phospho – phosho vô cơ = phospho hữu cơ. . Các phương pháp xác định photpho Xác định photpho bằng phương pháp khối lượng Mẫu sau khi vô cơ hoá, loại tạp chất (chất không tan, keo silic) hoà tan trong acid để chuyển về dạng phosphat. Kết tủa phosphat ở dạng muối kép NH4MgPO4.6H2O bằng hỗn hợp (Mg + NH4+). Lọc rửa, than hoá, tro hoá chuyển kết tủa về dạng cân Mg2P2O7. Cân dạng cân và tính ra phần trăm phosphat có trong mẫu. Xác định hàm lượng photpho bằng phương pháp thể tích với thuốc thử molypat. Trong môi trường acid HNO3, acid phosphoric tạo thành với amonimolypdat kết tủa dạng muối phức đa dị amoni phospho molypdat. PO43-  + 3NH4+ 12MoO42- → (NH4)3[P(Mo12O40)]↓ + 12H2O Kết tủa không tan trong môi trường HNO3, tan một phần trong HCl và H2SO4, tan hòa toàn trong kiềm. Sau khi kết tủa hoàn toàn H3PO4, lọc và rửa tủa, sau đó hòa tan kết tủa với một thể tích dung dịch chuẩn NaOH dư và chuẩn độ ngược lượng dư NaOH bằng dung dịch acid chuẩn. Xác định hàm lượng photpho bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử molypdat Trong môi trường axit, PO43- tạo thành với molypdat hợp chất phức hetoro polymolypdophosphoric màu vàng PO43- + 12 MoO42- +27 H+ H3[P(Mo12O40)] + 12H2O Trong hợp chất chứa tỉ lệ P:M có thể là 1:3, 1:6, 1:9 hoặc 1:12. Trong đó tỉ lệ 1:12 là bền nhất và thường dùng trong định lượng. Hợp chất phức này ở hàm lượng nhỏ, là hợp chất phức màu vàng, hấp thu ở 380 nm. Khi hàm lượng phospho lớn, sẽ tạo thành kết tủa màu vàng và có thể định lượng bằng phương pháp thể tích. Lượng dư thuốc thử ảnh hưởng đến phép đo do hấp thu ở bước sóng tương tự. Thông thường để giảm ảnh hưởng có thể ảnh hưởng đo ở bước sóng 400 - 420 nm. Xác định hàm lượng phospho bằng phương pháp trắc quang sử dụng tác nhân khử là thiếc clorua Nguyên tắc Thiếc clorua khử acid molybdophosphoric và tạo màu xanh molypden một cách mãnh liệt. Giới hạn đo xuống đến 7(gP/L bằng cách tăng độ dài đường đi ánh sáng. Nếu nồng độ dưới 100 (gP/L thì độ tin cậy tăng và sự cản trở giảm. Giới hạn phát hiện là khoảng 3(g P/L. Độ nhạy có hệ số hấp thụ là 0.3010, ở khoảng nồng độ 10 (gP/L có sự thay đổi hệ số hấp thụ là 0.009. Xác định hàm lượng phospho bằng phương pháp trắc quang sử dụng acid ascorbic Nguyên tắc: Amoni molybdat và kali antimonyl tartrate phản ứng trong môi trường acid vừa với orthophosphate để hình thành acid heteropoly - acid phosphomolybdic - bị khử mạnh bởi ascorbic acid tạo màu xanh molypden. Cản trở: Asen phản ứng với thuốc thử molybdat để có màu xanh tương tự như phosphat. Nồng độ As thấp 0,1 mg/L gây cản trở xác định phosphate. Crom hóa trị sáu và NO2 ở nồng độ 1 mg/L làm giảm kết quả khoảng 3% và 10 đến 15% ở nồng độ 10 mg/L. Sulfide (Na2S) và silicat không gây cản trở ở nồng độ 1,0 và 10 mg/L. Giới hạn phát hiện: xấp xỉ 10 (gP/L. Xác định hàm lượng phospho bằng phương pháp trắc quang tự động sử dụng acid ascorbic . Phạm vi áp dụng: Xác định orthophosphat ở các vùng nước mặt, nước uống và nước mặn cũng như nước thải công nghiệp ở nồng độ 0.001 đến 10.0 mgP/L khi đo trắc quang ở bước sóng 650 đến 660 hay 880 nm qua một dòng chảy 15 mm hay 50mm. Ở nồng độ cao hơn phải pha loãng mẫu. Mặc dù phương pháp tự động chỉ áp dụng cho othophotpat, các hợp chất photpho khác có thể chuyển mẫu về dạng phù hợp . Nguyên tắc: Amoni molybdat và kali antimon tartrate phản ứng với orthophosphate trong môi trường axit vừa để tạo thành phức antimon phosphomolybdate, trong đó, acid ascorbic khử thành màu xanh mãnh liệt phù hợp cho đo lường trắc quang Xác định hàm lượng orthophosphat bằng phương pháp tiêm theo dòng . Phạm vi áp dụng Áp dụng cho mẫu nước mặt và nước ngầm . Nguyên tắc: Poly photphat chuyển thành dạng othophotphat bằng acid sulfuric nung và persulfat nung chuyển photpho hữu cơ về dạng othophotphat. Khi đo, mẫu được bơm vào ống, ion othophotphat (PO43-) sẽ phản ứng với amoni molydat và kali antimon tatrat trong môi trường acid thành dạng phức. Phức này bị khử bởi acid ascorbic thành phức màu xanh dương hấp thu ở bước sóng 880 nm. Độ hấp thu tỉ lệ với nồng độ photpho trong mẫu. . Các tác nhân khử Khử acid phosphomolybdic bằng acid ascobic Nguyên tắc Phức đa dị phosphomolybdate tạo thành giữa orthophosphate và molybdate có tính oxy hóa yếu sẽ bị acid ascobic khử tạo thành phức màu xanh có bước sóng hấp thu cực đại ở 840 nm. Độ nhạy và tính chọn lọc Phương pháp này có độ nhạy thấp, thời gian ổn định màu màu lâu và còn phải đun nóng dung dịch phản ứng. Khử acid phosphomolybdic bằng thiếc( II) clorua Nguyên tắc Phức đa dị phosphomolybdate tạo thành giữa orthophosphate và molybdate có tính oxy hóa yếu sẽ bị acid ascobic khử tạo thành phức màu xanh có bước sóng hấp thu cực đại ở 690 nm. Độ nhạy và tính chọn lọc Phương pháp này có độ nhạy cao nhưng màu xanh không bền theo thời gian nên ít sử dụng. Khử acid phosphomolybdic bằng acid ascobic có xúc tác antimon Nguyên tắc Quá trình hình thành phức phosphomolybdate với sự có mặt của Sb(III) như là xúc tác và là thành phần tạo phức. Tốc độ lên màu khoảng 10 phút ở nhiệt độ phòng, phức PSbMo có hai bước sóng hấp thu cực đại ở 880nm và 710nm tương ứng với hệ số hấp thu phân tử là 22400L. mol-1. cm-1 và 17000L. mol-1.cm-1. Theo L Drummond, W. Mater, cơ chế phản ứng giữa phosphate và molypdate với chất xúc tác Sb(III) như sau: PO43- + 12 MoO42- → PMo12O403- + 12O2- PMo12O403- → PSb2Mo10O403- Độ nhạy và tính chọn lọc Phương pháp này có độ nhạy cao, ít chịu ảnh hưởng bởi độ mặn của mẫu, các thuốc thử được trộn chung với nhau nên rút ngắn thời gian ổn định của hổn hợp thuốc thử rất ngắn. Khử acid phosphomolybdic bằng acid ascobic có xúc tác bismuth Nguyên tắc. Bismuth cùng với phosphate và molybdate hình thành rất bền trong môi trường acid trung tính và trở thành màu xanh bởi chất khử ascorbic. Màu xanh của phức có thể đo bằng phương pháp trắc quang hoặc phương pháp trắc quang dòng chảy Độ nhạy và tính chọn lọc Phương pháp này có độ nhạy cao và thích hợp để xác định hàm lượng vết phosphate trong nước, phospho trong than và muội than nhưng chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi độ mặn nên chất xúc tác bismuth không thích hợp cho đối tượng mẫu là nước mặn. . Các yếu tố cản trở khi xác định Phospho Silic: silic nồng độ tới 5 mg Si/L không gây nhiễu. Nhưng nồng độ cao hơn sẽ làm tăng độ hấp thụ. Asenat: Asenat tạo màu tương tự như orthophosphat tạo ra. Ảnh hưởng này có thể loại trừ bằng cách khử asenat thành asenic với Na2S2O3. Hydro sunfua: Hydro sunfua với nồng độ 2 mg/L sẽ không ảnh hưởng gì. Nồng độ cao sẽ làm sẽ làm giảm đến mức cho phép bằng cách cho khí nito đi qua mẫu đã được acid hóa. Flo: Flo với nồng độ 70mg F/L không gây ảnh hưởng lớn. Nồng độ cao hơn 200mg/L sẽ kìm hãm sự phát triển màu. Các kim loại chuyển tiếp: Sắt sẽ ảnh hưởng tới độ màu, nhưng với nồng độ 10mg/L ảnh hưởng tới 5%. Vanadat làm tăng màu theo quan hệ tuyến tính 5% với nồng độ 10mV/L Crom(III) và crom(VI) với nồng độ 10mg/L không gây ảnh hưởng gì nhưng nồng độ 50mgCr/ L sẽ làm tăng độ hấp thu lên 5% Với nồng độ Cu lên tới 10mg Cu/L không gây ảnh hưởng Nitrit: Nồng độ nitrit trên 1mgN/L sẽ tạo nên sự bạc màu. Lượng acid sulfuric phân hủy nitric là 100 mg acid sẽ phản ứng với NO2 nồng độ 10mgN/L . CHƯƠNG 3ĐỀ CƯƠNG THỰC NGHIỆM Mục têu nghiên cứu đề tài Phospho là nguyến tố đa lượng, phospho tham gia vào quá trình cấu tạo của xương, nó được sử dụng để sản xuất ra năng lượng và hoạt hóa nhiều hoạt động sinh thái, là chất khoáng có nhiều nhất trong cơ thể sau calci Trong cơ thể phospho có khoảng 80% trong xương, 10% trong cơ, 10% trong các mô mềm khác. Đó là một phức hợp năng lượng sinh học có nhiệm vụ cung cấp năng lượng , là nguyên tố thiết yếu cho cuộc sống. Nếu hàm lượng phospho trong cơ thể thừa thì dẫn đến có thể có những tác dụng âm tính, hàm lượng calci giảm đi thì dẫn đến hiện tượng loãng xương vì thế ta nên chọn lọc những thức ăn ít có hàm lượng phospho cho cơ thể. Do đó, các phương pháp phân tích có độ nhạy, độ chọn lọc cao dùng để phân tích phospho vấn đề đang được quan tâm. Hiện nay có rất nhiều phương pháp để phân tích hàm lượng phospho như: phương pháp thể tích, phương pháp trong lượng, phương pháp trắc quang,phương pháp trắc quang theo dòng. Tuy nhên, để có kết quả tương đối nhanh và chính xác nên nhóm chúng tôi chọn phương pháp trắc quang và sử dụng hai loại tác nhân khử là acid ascorbc và thếc clorua để xác định hàm lượng cùa phospho. Từ đó chúng tôi có thể đánh giá là sử dụng tác nhân khử nào để cho kết quả tối ưu hơn. . Hóa chất, thiết bị, dụng cụ 3.2.1. Hóa chất Acid HNO3 Acid H2SO4 Acid HCl Amoni (NH4OH) Dung dịch amoni monovanadat: Hòa tan 0.5875g amoni monovanadat (NH4VO3) trong 100ml nước nóng. Khuấy đều, thêm từ từ 33ml dung dịch acid nitrit 14M và pha loãng bằng nước.định mức bằng nước cất đến 250ml Dung dich amoni heptanmolipdat: hòa tan bằng nước nóng 25g amoni heptanmolipdat tetrahydrat (NH4)6Mo24.4H2O. Thêm 2.5ml dung dịch amoni và pha loãng thành 250ml bằng nước cất. Thuốc thử molipdovanadat: trộn 100ml dung dịch amoni heptanmolipdat với 100ml dung dịch amoni monovanadat va 67.5ml HNO3 14M trong bình định mức và định mức thành 500ml Dung dich phospho tiêu chuẩn (1000ppm) : hòa tan 4.394g kali dihydro phosphate (KH2PO4) bằng nước trong bình định mức với dung tích 1L, phải làm khô KH2PO4 trước khi cân, pha loãng bằng nước cất tới vạch Dung dịch chỉ thị phenolphthalein Dung dịch acid mạnh: từ từ thêm 300 mL H2SO4 nước cất khoảng 600 mL. để nguội, thêm 4,0 mL HNO3 và định mức đến 1 lít Thuốc thử amoni molybdate I: hoà tan 25g (NH4)6Mo7O24.4H2O trong 175 mL nước cất. Thêm cẩn thận 280 mL H2SO4 đặc vào 400 mL nước cất. Làm lạnh, thêm dung dịch molybdate, thêm nước cất cho đến 1 L. Thuốc thử thiếc clorua I: hoà tan 25g SnCl2.2H2O trong 100 mL glycerol. Đun cách thuỷ và khuấy bằng đũa thuỷ tinh để tan hết. Thuốc thử này ổn định và không giữ hay bảo quản lại. Dung dịch photphat chuẩn: hòa tan trong nước cất 219,5 mg khan KH2PO4 và pha loãng đến 1000 mL, 1.00 mL = 50.0 μg PO43- 3.2.2. Thiết bị và dụng cụ Máy quang phổ UV/VIS Cân phân tích hai số và bốn số Cuvet thủy tinh loại 10 mm và 50 mm Tủ sấy Bình hút ẩm Giấy lọc Chén platin dung tích 100 đến 150 ml. Bể nước nóng Các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm, dụng cụ phòng thí nghiệm làm bằng polypropylene, polyetylen hoặc polytetrafloetylen. .Khảo sát các thông số của qui trình sử dụng tác nhân khử acid ascorbic . Khảo sát phổ hấp thu giữa Phospho và thuốc thử Molipdovanadat Để xác định hàm lượng phospho bằng phương pháp trắc quang, trước tiên ta phải khảo sát bước sóng tối ưu nhất (λmax) của phức màu xanh giữa phospho với molipdovanadat. Chuẩn bị một mẫu dung dịch theo bảng Bảng 3. 1.Khảo sát phổ hấp thu VP tiêu chuẩn  10ml   Vmolipdovanadat  10ml   Vacid acorbic  1ml   VHNO3  10ml   Thời gian và nhiệt độ ổn định  10 phút và ở 25OC   Định mức tới vạch 100 ml   Lắc đều và đem đo quang. Tiến hành khảo sát quét bước sóng của dung dịch trên từ 300- 900 nm. .Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử Molipdovanadat Xác định hàm lượng Phospho bằng phương pháp trắc quang, ta phải tiến hành khảo sát lượng thuốc thử molipdovanadat, để biết lượng thuốc thử thêm phải đảm bảo cho quá trình tạo phức giữa phospho và molipdovanadat. Ta chuẩn bị mẫu như bảng và sau đó đo quang ở bước sóng thích hợp. Bảng 3. 2.Khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử Bình  1  2  3  4  5  6  7   V P tiêu chuẩn  5mL   V acid ascorbic  1mL   Vmolipdovanadat  1  3  5  7  9  12  15   VHNO3  10ml   Thời gian nhiệt độ  10 phút và ở 25OC   Định mức tới vạch 100 ml   . Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân khử acid acorbic Xác định hàm lượng Phospho bằng phương pháp trắc quang, ta phải tiến hành khảo sát lượng tác nhân khử để đảm bảo cho quá trình khử xảy ra hoàn. Ta chuẩn bị mẫu như bảng và sau đó đo quang ở bước sóng thích hợp Bảng 3. 3. Khảo sát ảnh hưởng của acid ascorbic Bình  1  2  3  4  5  6  7   VP tiêu chuẩn  5ml   Vacid acorbic  0.2  0.4  0.6  0.8  1.0  1.5  2.0   V molipdovanadat  10mL   VHNO3  10ml   Thời gian nhiệt độ  10 phút và ở 25OC   Định mức tới vạch 100 ml   . Khảo sát ảnh hưởng của pH pH của dung dịch ảnh hưởng đến các dạng tồn tại của các hợp chất tham gia phản ứng. Nếu pH của dung dịch thay đổi có thể sẽ làm thay đổi tốc độ của phản ứng. Vì vậy, việc khảo sát pH tối ưu trong hệ phản ứng là cần thiết. Ta chuẩn bị mẫu như bảng và sau đó đo quang ở bước sóng thích hợp. Bảng 3. 4.Khảo sát ảnh hưởng của pH Bình  1  2  3  4  5  6  7   Vmolipdovanadat  10ml   VP tiêu chuẩn  5ml   Vacid acorbic  1ml   VHNO3  2  4  6  8  10  12  14   Thời gian nhiệt độ  10 phút và ở 25OC   Định mức tới vạch 100 ml   . Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng bền màu Để khảo sát hàm lượng phospho bằng phương pháp trắc quang, ta phải tiến hành khảo sát phức bền màu giữa phospho với thuốc thử molipdovanadat có độ bền thay đổi theo thời gian nên cần khảo sát thời gian để đảm bảo mật độ quang của phức bền. Ta chuẩn bị mẫu như bảng và sau đó đo quang ở bước sóng thích hợp. Bảng 3. 5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian Bình  1  2  3  4  5  6  7   VP tiêu chuẩn  5ml   Vacid acorbic  1mL   Vmolipdovanadat  10ml   VHNO3  10ml   Nhiệt độ  25OC   Thời gian( phút)  5  10  12  15  17  20  25   Định mức tới vạch 100 ml   Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ. Nhiệt độ là một thông số ảnh hưởng trực tiếp đến hằng số tốc độ phản ứng. Nhiệt độ có thể thay đổi tính chất của các chất tham gia phản ứng dẩn tới thay đổi độ hấp thu. Vì vậy, việc khảo sát nhiệt độ trong phản ứng là cần thiết. Ta chuẩn bị mẫu như bảng và sau đó đo quang ở bước sóng thích hợp. Bảng 3. 6. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ. Bình  1  2  3  4  5  6  7   Vmolipdovanadat  10ml   VP tiêu chuẩn  5ml   Vacid acorbic  1ml   VHNO3  10ml   Thời gian (phút)  10   Nhiệt độ  5  10  15  20  25  30  40   Định mức tới vạch 100 ml   . Khảo sát hàm lượng khoảng tuyến tính Để khảo sát khoảng tuyến tính của phspho ta tến hành thay đổi nồng độ của phospho từ 1ppm đến 40ppm sau đó ta thực hiên như bảng và tiến hành đo quang ở bước sóng thích hợp Bảng 3. 7. Khảo sát khoảng tuyến tính Bình  1  2  3  4  5  6  7   Vmolipdovanadat  10ml   VP tiêu chuẩn  5ml   Vacid acorbic  1ml   VHNO3  10ml   Thời gian (phút)  10   Nhiệt độ  25   Định mức tới vạch 100 ml   . Giới hạn định lượng (LOD) giới hạn phát hiện (LOQ) LOD hay còn gọi là giới hạn phát hiện, thông số LOD được dùng để đánh giá độ nhạy của phương pháp phân tích. Giá trị giới hạn phát hiện của thiết bị được xác định dựa vào tỉ lệ giữa tín hiệu/nhiễu nền (
) và được tính theo công thức:
với
LOQ hay còn gọi là giới hạn định lượng, là hàm lượng nhỏ nhất có thể định lượng một cách chính xác theo phương pháp đã chọn. Giới hạn định lượng (LOQ) của thiết bị được xác định theo công thức:
với

Trong đó: Cmin là nồng độ tối thiểu mà máy có thể phát hiện được S là mật độ quang A tại nồng độ Cmin N là mật độ quang A trung bình của mẫu trắng Để khảo sát LOD và LOQ, chúng tôi tiến hành đo mật độ quang A của phức phospho molypdovanadat lặp lại. Quá trình đo quang với các nồng độ nhỏ dần, khi đến nồng độ nhỏ nhất mà phương pháp có thể pháp hiện hoặc định lượng được đó chính là giới hạn của phương pháp. . Khảo sát các thông số của qui trình sử dụng tác nhân khử thiếc clorua . Khảo sát phổ hấp thu giữa Phospho và thuốc thử Molipdovanadat Để xác định hàm lượng phospho bằng phương pháp trắc quang, trước tiên ta phải khảo sát bước sóng tối ưu nhất ( λmax) của phức màu xanh giữa phospho với molipdovanadat. Chuẩn bị một mẫu dung dịch theo bảng Bảng 3. 8. Khảo sát phổ hấp thu VP tiêu chuẩn  10ml   Vmolipdovanadat  10ml   VSnCl2  1ml   VHNO3  10ml   Thời gian và nhiệt độ ổn định  10 phút và ở 25OC   Định mức tới vạch 100 ml   Lắc đều và đem đo quang. Tiến hành khảo sát quét bước sóng của dung dịch trên từ 300- 900 nm. . Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử Molipdovanadat Xác định hàm lượng Phospho bằng phương pháp trắc quang, ta phải tiến hành khảo sát lượng thuốc thử molipdovanadat, để biết lượng thuốc thử thêm phải đảm bảo cho quá trình tạo phức giữa phospho và molipdovanadat. Ta chuẩn bị mẫu như bảng và sau đó đo quang ở bước sóng thích hợp. Bảng 3. 9. Khảo sát ảnh hưởng của thuốc thử Bình  1  2  3  4  5  6  7   V P tiêu chuẩn  5mL   VSnCl2  1mL   Vmolipdovanadat  1  3  5  7  9  12  15   VHNO3  10ml   Thời gian nhiệt độ  10 phút và ở 25OC   Định mức tới vạch 100 ml   . Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân khử thiếc clorua Xác định hàm lượng Phospho bằng phương pháp trắc quang, ta phải tiến hành khảo sát lượng tác nhân khử để đảm bảo cho quá trình khử xảy ra hoàn. Ta chuẩn bị mẫu như bảng và sau đó đo quang ở bước sóng thích hợp